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物理学的统帅——洛伦兹

作者:梅子    转贴自:TOM    点击数:1316


 

  洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”,他是“我们时代最伟大、最高尚的人”
                                     ——爱因斯坦

  从爱因斯坦的这两句评价,我们可以知道洛伦兹在科学和精神两方面所达到的伟大高度。

  卓越的成就

  亨德利克·洛伦兹(Hendrik·Antoon·Lorentz,1853~1928),1853年7月18日生于阿纳姆一个普通的苗圃主家庭,并在该地上小学和中学。幼年洛伦兹的成绩优异,少年时就对物理学感兴趣,同时还广泛地阅读了大量历史和小说。因此,他虽然生长在基督教的环境里,但却是一个自由思想家。洛伦兹在语言方面有很高的天赋。他能非常迅速地掌握外语,能根据上下文来推断其语法。对于一个终身居住在荷兰的几个闭塞的城市而希望与世界对话的人来说,这种天赋不啻是一笔巨大的财富。1870年,洛伦兹考入莱顿大学,主要方向是数学和物理学。

  1873年,洛伦兹以优异的成绩通过了博士考试,两年后获得博士学位。洛伦兹的学位论文是物理光学方面的,题目是“关于光的折射和反射的理论”。这个课题菲涅耳已经做过,但洛伦兹运用麦克斯韦的电磁场理论重新进行了处理。这项研究几乎一下子就使洛伦兹确立了他在本国的学术地位。3年后,莱顿大学聘他为教授,主持该校新设置的理论物理教席。这个设置不仅在荷兰,而且在整个欧洲也是最早的。洛伦兹接受了这个职位,从而确定了他的理论物理学的职业生涯。

  洛伦兹是经典电子论的开创者。1892年,洛伦兹发表了经典电子论的第一篇论文。在这篇论文中,洛伦兹明确地把连续的场和包含分立电子的物质完全分开,同时又为麦克斯韦方程组追加了一个洛伦兹力方程。于是,连续的场和分立的电子,就由这个洛伦兹力来联系。在此基础上,洛伦兹把当时所得到的电磁光学的各种结果,重新整理加以格式化,确立了经典电子论的基础。许多从他那里学习电动力学的理论物理学家认为,这是洛伦兹一生中最伟大的贡献之一。

  当新物理学开始崛起的时候,洛伦兹也推导过黑体辐射能量分布公式。他只能用自己的理论计算能谱的长波极限。他了解普朗克1900年的黑体辐射量子理论包含整个光谱,也了解普朗克的量子假设与他自己的电子论基础完全不同。但1908年洛伦兹以有利于普朗克量子论的口吻说,普朗克理论是唯一能解释黑体辐射整个光谱的。洛伦兹是最早能这样指出并强调量子假说和电子论假说之间存在深刻对立的人之一。

  1896年,洛伦兹用电子论成功地解释了由莱顿大学的塞曼新近发现的原子光谱磁致分裂现象。洛伦兹断定该现象是由原子中负电子的振动引起的。他从理论上导出的负电子的荷质比,与汤姆逊翌年从阴极射线实验得到的结果相一致。由于塞曼效应的发现和解释,洛伦兹和塞曼分享了1902年度的诺贝尔奖。

  除了诺贝尔物理学奖,洛伦兹还获得过英国皇家学会的伦福特和科普利奖章,并且接受了巴黎大学和剑桥大学名誉博士、德国物理学会和英国皇家学会国外会员的光荣称号。

  海纳百川的大师风范

  作为第一代理论物理学家,洛伦兹的显著特点之一是对于一套套的新思想表现出不同寻常的开放态度。洛伦兹对理论物理的影响不仅通过他的著作,而且也通过他同从世界各地慕名而来的青年物理学家的个人交往。爱因斯坦、薛定谔和其他理论工作者经常到莱顿去拜访他,听取他对于他们一些最新思想的意见。但他从不干扰别人的思想,他和他们的关系是靠和善而平淡的基本个性来维持的。

  不过,洛伦兹的开放态度不完全是出于他的性格。从他在莱顿大学的就职演说中可以了解到,这也是洛伦兹作为理论物理学家的专业见解。洛伦兹说过,物理学研究的目的就在于寻求简单的、可以说明所有现象的基本原理。但他告诫不要过分看重对基本原理的内心联想,或者希望原理本身能够进一步发挥。他认为,由于人们不能深入地洞察事物的本性,因而把任何已有的认识途径作为唯一可靠的途径加以提倡是轻率的。按照洛伦兹的观点,各种基本的理论途径应该同时由不同的研究者加以探索。

  洛伦兹的电子论把经典物理学推上了它所能达到的最后高度。洛伦兹本人几乎成了19世纪末、20世纪初物理学界的统帅。如果洛伦兹不那么具有开放精神,这种成就本来可能使他过早地退出历史舞台。当世纪之交的物理学革命打破了古典物理学时,洛伦兹说过,他感到遗憾的是,他为什么不在旧的基础崩溃之前死去。但是洛伦兹的个性是“超个人”的,他对过去价值的惋惜很快就由愉快地接受新事物所取代了。

  由于洛伦兹在理论物理方面享有很高的威望、通晓多种语言并善于驾驭最为紊乱的辩论,所以他生前每次都被邀请参加物理学界最重要的国际会议,而且经常担任大会的主席。1911年洛伦兹主持了第一届索尔维会议。这次会议使量子概念从四面八方突破了德语世界的边境,成为一个在法国和英国同样使人感兴趣的论题。

  第一次世界大战后,洛伦兹的开放精神在他的世界主义立场中也得到了充分的体现。为恢复科学国际主义,洛伦兹作了持续的努力。1923年洛伦兹被选为国际文化协作委员会委员,并继柏格森之后担任了该委员会主席。

  这种本质上的伟大开放精神,使洛伦兹不仅在学术上富有成就,而且在人品上也赢得了同时代人的敬重。1928年2月4日,洛伦兹去世,终年75岁。在他下葬那天,荷兰的电报、电话服务暂停3分钟以示哀悼。出席葬礼的有荷兰王室、政府以及来自世界各国科学院的代表。英国皇家学会会长、著名的实验物理学家卢瑟福,普鲁士科学院代表、第二代职业理论物理学家的领导人爱因斯坦都在他的墓旁致了悼词。